ลา ประตูลอจิกเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล. ด้วยเหตุนี้ สิ่งเหล่านี้จึงมีความสำคัญมาก และหากคุณต้องการเริ่มทำงานกับพวกเขา คุณควรรู้ว่ามันคืออะไร มีส่วนประกอบอย่างไร และมีหน้าที่อะไร ดังนั้นคุณสามารถใช้ชุดชิปที่มีอยู่ในตลาดที่มีประตูประเภทนี้ เพื่อให้คุณสามารถเริ่มสร้างโปรเจ็กต์ของคุณเองโดยใช้ตรรกะนี้
ประตูเหล่านี้รวมกับประตูอื่นๆ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และแม้กระทั่งกับจานอย่าง แพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์, พวกเขาสามารถให้ความสนุกสนานแก่ผู้สร้างได้มากมาย อย่างที่คุณเห็นด้วยตัวคุณเอง
ประตูลอจิกคืออะไร?
ลา ประตูตรรกะ เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของตรรกะดิจิทัลสำหรับการนำวงจรอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลไปใช้ ประตูเหล่านี้ให้สัญญาณแรงดันต่ำ (0) หรือสูง (1) บนเอาต์พุตขึ้นอยู่กับสถานะของอินพุต โดยทั่วไปจะมีทางออกหนึ่งทางและทางเข้าสองทาง แต่อาจมีประตูที่มีทางเข้ามากกว่า 2 ทาง นอกจากนี้ยังมีลักษณะเฉพาะเช่น inverting gate หรือ NOT ซึ่งมีเพียงหนึ่งอินพุตและเอาต์พุตเดียว
ด้วยอินพุตและเอาต์พุตบูลีนเหล่านี้ คุณจะได้รับ การดำเนินการลอจิกไบนารีเบื้องต้นเช่น การบวก การคูณ การปฏิเสธ เป็นต้น
มีการใช้งานอย่างไร?
-
- ประตู NAND ใน TTL
-
- ประตู NAND ใน CMOS
ประตูลอจิกไม่สามารถใช้งานได้ในทางเดียวเท่านั้น อันที่จริงแล้วทำไมจึงมีความแตกต่างกัน ครอบครัวตรรกะ. แต่ละตระกูลเหล่านี้จะใช้ประตูในลักษณะเดียว โดยใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกัน
ปอ ejemploหากใช้ TTL สำหรับชิป ประตูจะประกอบด้วยทรานซิสเตอร์สองขั้ว ในขณะที่ลอจิก CMOS จะใช้ทรานซิสเตอร์ MOSFET เพียงอย่างเดียว นอกเหนือจากสองตระกูลนี้ ซึ่งมักจะเป็นที่นิยมมากที่สุด ยังมีกลุ่มอื่นๆ เช่น BiCMOS (รวมทรานซิสเตอร์สองขั้วและ CMOS), RTL (ตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์สองขั้ว), DTL (ไดโอดและทรานซิสเตอร์), ECL, IIL เป็นต้น
ไม่มีครอบครัวใดดีไปกว่าอีกครอบครัวหนึ่งขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน แต่อย่างไรก็ตาม CMOS เป็นหนึ่งในวงจรขั้นสูงที่ใช้ในวงจรขั้นสูง เช่น CPU, MCU, GPU, หน่วยความจำ ฯลฯ สำหรับวงจรที่ง่ายกว่าอื่น ๆ เป็นเรื่องปกติที่จะหา TTL
การใช้งาน
การใช้งานลอจิกเกทเหล่านี้ไม่มีที่สิ้นสุด ด้วย "อิฐ" ที่จำเป็นเหล่านี้ คุณสามารถสร้างได้ วงจรดิจิตอลมากมาย. จากแอดเดอร์ธรรมดา ไปจนถึงซีพียูที่ซับซ้อน ผ่านวงจรอื่นๆ มากมายที่คุณสามารถจินตนาการได้ อันที่จริง ระบบจำนวนมากที่คุณใช้ทุกวัน เช่น พีซี ทีวี มือถือ ฯลฯ มีประตูลอจิกนับพันล้าน
Un ตัวอย่างการใช้งานจริง ของการใช้ลอจิกเกทจะเป็น adder ง่ายๆ ที่คุณเห็นในภาพด้านบน มันเป็นวงจรที่ง่ายมากซึ่งสามารถเพิ่มสองบิต (A และ B) ในอินพุตเพื่อให้ได้ผลรวมและ Carry นั่นคือสิ่งที่คุณเอาไป ... คุณสามารถเห็นผลที่จะ ให้ในตารางต่อไปนี้:
| A | B | รวม | พก | ผลลัพธ์ไบนารี |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 00 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 01 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 10 |
ถ้าคุณดูที่ตารางนี้ ถ้าคุณเพิ่ม 0 + 0 ในรูปแบบไบนารี คุณจะได้ 0 ถ้าคุณเพิ่ม 1 + 0 มันจะเป็น 1 แต่ถ้าคุณเพิ่ม 1 + 1 เลขฐานสองจะให้ 2 ซึ่งในระบบเลขฐานสองจะเท่ากับ 10
ประเภทของลอจิกเกท
ส่วน ประเภทของลอจิกเกทคุณมีจำนวนมาก แม้ว่าส่วนใหญ่จะมีดังต่อไปนี้ (พร้อมตารางความจริง):
- บัฟเฟอร์ (ใช่): เป็นที่รู้จักกันในชื่อบัฟเฟอร์หรือเกตโดยตรงเนื่องจากเอาต์พุตจะมีสถานะเดียวกับอินพุต แม้ว่าจะดูเหมือนไร้ประโยชน์ แต่ในวงจรลอจิกหลายๆ วงจร มักใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณกระแสไฟหรือเป็นตัวติดตามแรงดันไฟ
| การเข้า | เอาท์พุต |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
- ไม่ (อินเวอร์เตอร์): เป็นการปฏิเสธเชิงตรรกะ (¬ o ') นั่นคือมันกลับบิตที่เอาต์พุต
| การเข้า | เอาท์พุต |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
- และ (Y): เกตอื่นนี้ทำหน้าที่ผลิตภัณฑ์ (·) ของบิตไบนารีของอินพุต นั่นคือ มันจะเหมือนกับการคูณ A และ B ดังนั้น อะไรก็ตามที่มีศูนย์เป็นศูนย์ มันจะให้ผลลัพธ์เพียงตัวเดียวหากอินพุตทั้งสองเป็น 1 ดังนั้นชื่อของมันก็คือ 1 และ 1
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
- ทอง): เกตอื่นนี้ดำเนินการเพิ่มตรรกะ (+) นั่นคือ เอาต์พุตตัวใดตัวหนึ่งหรืออีกตัวหนึ่ง OR ทั้งคู่ต้องอยู่ที่ 1 เพื่อให้เอาต์พุตเป็น 1 เมื่อทั้งคู่เป็น 0 เอาต์พุตจะเป็น 0 เช่นกัน
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
- XOR (หรือเอกสิทธิ์): OR พิเศษนี้ใช้ฟังก์ชันบูลีน A'B + AB ' และสัญลักษณ์คือ . ในกรณีนี้ หากอินพุตทั้งสองมีค่าเท่ากัน เอาต์พุตจะเป็น 0 หากอินพุตต่างกัน จะเป็น 1
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NAND (Y ถูกปฏิเสธ): เป็นผลิตภัณฑ์ตรรกะที่ถูกปฏิเสธ นั่นคือ ผกผันของ AND มันเหมือนกับการใช้ NOT บนเอาต์พุต AND เพื่อกลับบิตเอาต์พุต ดังนั้นผลลัพธ์คือ:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
- NOR (หรือปฏิเสธ): ผลรวมเชิงตรรกะที่ถูกลบล้าง หรือสิ่งที่เหมือนกันคือ OR ที่มีเอาต์พุตเป็นลบ ส่งผลให้ผกผันของ OR
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
- XNOR (เฉพาะ NOR): มันเหมือนกับการใช้ส่วนเสริมไบนารีกับเกท XOR นั่นคือดำเนินการ AB + A'B ' A คูณ B บวกกับ A คูณ B ถูกปฏิเสธ ดังนั้นผลลัพธ์จะเหมือนกับของ XOR ที่กลับด้าน:
| A | B | S |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
ทั้ง NOR และ NAND เป็นสองประตูที่น่าสนใจที่สุดเนื่องจากเป็นที่รู้จักกันในชื่อ ประตูลอจิกสากล. นั่นคือคุณสามารถสร้างวงจรกับพวกมันเพื่อเป็นตัวแทนของลอจิกเกตประเภทอื่นเท่านั้น นี่เป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากถ้าคุณซื้อชิปที่มีประตูเหล่านี้ คุณสามารถมีฟังก์ชันทั้งหมดได้ ตัวอย่างเช่น หากอินพุตทั้งสองของ NOR เชื่อมต่อกัน หรือ NAND เทียบเท่ากับ NOR คุณมีสิ่งเทียบเท่าเพิ่มเติมที่นี่:
ฟังก์ชัน: electronics-tutorials.ws
Te ผมแนะนำให้หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติม Google เป็นวงจรง่ายๆ ที่มีเกททุกแบบ และเพื่อค้นหาว่ามันทำอะไรได้บ้าง ให้ทำ "วิศวกรรมย้อนกลับ" แบบหนึ่ง ทำตามบรรทัดของอินพุตและเอาต์พุต และดูสถานะของแต่ละบรรทัดตามอินพุตที่กำหนดให้กับเอาต์พุต
ปอ ejemploหากคุณดูภาพด้านบน แผนภาพสมมูลของ OR ที่มีเกท NAND คุณจะเห็นว่าประกอบด้วยเกท NAND สองประตูที่มีเอาต์พุตบริดจ์ และเอาต์พุตทั้งสองไปยัง NAND อื่น จำสิ่งต่อไปนี้:
- หากคุณไปที่ตารางความจริง NAND คุณจะเห็นว่าเมื่ออินพุตสองตัวของมันคือ 0 เอาต์พุตจะเป็น 1 และเมื่ออินพุตสองตัวของมันคือ 1 เอาต์พุตจะเป็น 0
- เมื่อเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน หากอินพุตเป็น 1 (หนึ่งป้อนทั้งสอง) ผลลัพธ์จะเป็น 0 และเมื่ออินพุตเป็น 0 (ศูนย์ทั้งคู่) เอาต์พุตจะเป็น 1 ซึ่งเทียบเท่ากับไม่ใช่
- ดังนั้นเราจึงมี NOT สองอันสำหรับบิต A และ B ที่เอาต์พุต เราจะมี A 'และ B'
- การปฏิเสธทั้งสองนั้นเข้าสู่ NAND สุดท้าย ซึ่งจะทำผลคูณเชิงตรรกะผกผันของสองบิตนั้น
- ตามกฎของตรรกะ นี่เท่ากับผลรวมโดยตรง นั่นคือ A + B ดังนั้นผลลัพธ์สุดท้ายจะเหมือนกับว่าเป็น OR ...
Logic Gate Chip Series - ซื้อได้ที่ไหน
-
- ชิป DIP ลอจิกเกต
-
- ไดอะแกรมภายในของชิป
ในร้านค้าที่เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์ คุณสามารถ ซื้อชิปราคาถูก ด้วยลอจิกเกตเพื่อเริ่มใช้ในโครงการของคุณ ชิปเหล่านี้ไม่ใช่ลอจิกเกตเดียว แต่ช่วยให้คุณมีหลายชิปเพื่อให้คุณสามารถเชื่อมโยงอินพุตและเอาต์พุตได้ตามที่คุณต้องการ ตัวอย่างเช่น ในแผนภาพในภาพด้านบน คุณจะเห็นพินเอาต์ทั่วไปของชิป DIP ที่มีเกท NAND 4 ตัว นอกจากนี้ยังมีพินสำหรับจ่ายไฟอีก XNUMX พิน (Vcc และ GND).
นี่คือบางส่วน คำแนะนำการซื้อ:
- ผลิตภัณฑ์ที่ไม่พบ.
- Huaban: ชุดคิท 30 ชิปพร้อมเกท NAND สากล.
- Zebulon: ชุดชิป 120 CMOS.
ทรัพยากรอื่น ๆ
เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้เกทเหล่านี้และวิธีเริ่มสร้างวงจรกับประตูเหล่านี้ คุณสามารถใช้สิ่งเหล่านี้ได้ แหล่งข้อมูลอื่น ฉันจะแนะนำอะไร:
- ซอฟต์แวร์ SimulIDE เพื่อจำลองการทำงานของวงจรเหล่านี้ด้วยเกท ฟรี โอเพ่นซอร์ส และข้ามแพลตฟอร์ม
- เครื่องคิดเลขไบนารีออนไลน์ (คุณยังสามารถใช้เครื่องคิดเลขของระบบปฏิบัติการในโหมดไบนารีได้)
- ผลิตภัณฑ์ที่ไม่พบ.
- หนังสือวงจรลอจิกดิจิตอล: จากการออกแบบสู่การทดลอง.
ตรรกะดิจิทัลด้วย Arduino
แหล่งข้อมูลอื่นๆ คุณมีอะไรอยู่ในมือถ้าคุณมีอยู่แล้ว แผ่น Arduino UNO ในมือของคุณคือ ใช้ Arduino IDE เพื่อสร้างภาพสเก็ตช์ ที่จำลองฟังก์ชันลอจิกเหล่านี้ เช่น ดูผลลัพธ์ในรูปแบบที่มองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นด้วย LED ที่จำลองเอาต์พุตของประตู ตัวอย่างเช่น การใส่ LED บนพิน 7 และใช้ 8 และ 9 เป็นอินพุต A และ B:
int pinOut = 7;
int pinA = 8;
int pinB = 9;
void setup()
{
pinMode(pinOut, OUTPUT);
pinMode(pinA, INPUT);
pinMode(pinB, INPUT);
}
void loop()
{
boolean pinAState = digitalRead(pinA);
boolean pinBState = digitalRead(pinB);
boolean pinOutState;
//AND
pinOutState =pinAState & pinBState;
digitalWrite(pinOut, pinOutState);
}
มีการใช้ฟังก์ชัน AND (&) ที่นี่อย่างที่คุณเห็น แต่คุณสามารถแทนที่บรรทัดของโค้ดนั้นภายใต้ // AND บรรทัดกับผู้อื่นเพื่อใช้ ฟังก์ชันลอจิกอื่นๆ:
//OR pinOutState = pinAState | pinBState; //NOT pinOutState = !pinAState; //XOR pinOutState = pinAState ^ pinBState; //NAND pinOutState = !(pinAState & pinBState); //NOR pinOutState = !(pinAState | pinBState); //XNOR pinOutState = !(pinAState ^ pinBState);